生物硝化抑制性物质浓度及其它影响因素

生物硝化影响因素第一部分对硝化细菌生长和硝化过程产生影响物质汇总表有毒物质对活性污泥的抑制浓度(mg/L)毒物抑制浓度毒物抑制浓度铝15～26铅0.1氨480锰10砷0.1镁---硼(硼酸盐)0.05～100汞0.1～5.0镉10～100镍1.0～2.5钙2500银5.0三价铬1～10硫酸盐3000铜1.0锌0.08～10铁1000酚200抑制生物硝化的一些有机物有机物产生75%抑制时的浓度(mg/L)苯胺1乙二胺1萘胺1芥子油1酚5.6甲基引哚7硫脲0.076氨基硫脲0.18抑制硝化的一些重金属和无机物浓度种类产生抑制的浓度(mg/L)六价格0.25铜0.005～0.5铅0.5镁50镍0.25锌0.08～0.5氰化物0.34硫酸盐500第二部分其他硝化反应影响因素一、污泥负荷F/M和泥龄SRT生物硝化属低负荷工艺，F/M一般都在0.15kgBOD/(kgMLVSS·d)以下。负荷越低，硝化进行得越充分，NH3-N向NO3—-N转化的效率就越高。有时为了使出水NH3-N非常低，甚至采用F/M为0.05kgBOD/(kgMLVSS·d)的超低负荷。与低负荷相对应，生物硝化系统的泥龄SRT一般较长，这主要是因为硝化细菌增殖速度较慢，世代期长，如果不保证足够长的SRT，硝化细菌就培养不起来，也就得不到硝化效果。实际运行中，SRT控制在多少，取决于温度等因素。但一般情况下，要得到理想的硝化效果，SRT至少应在15d以上。二、回流比R与水力停留时间T生物硝化系统的回流比一般较传统活性污泥工艺大。这主要是因为生物硝化系统的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸盐，如果回流比太小，活性污泥在二沉池的停留时间就较长，容易产生反硝化，导致污泥上浮。生物硝化系统曝气池的水力停留时间Ta一般也较传统活性污泥工艺长，至少应在8h之上。这主要是因为硝化速率较有机污染物的去除速率低得多，因而需要更长的反应时间。三、溶解氧DO硝化工艺混合液的DO应控制在2.0mg/L，一般在2.0~3.0mg/L之间。当DO小于2.0mg/L时，硝化将受到抑制；当DO小于1.0mg/L时，硝化将受到完全抑制并趋于停止。生物硝化系统需维持高浓度DO，其原因是多方面的。首先，硝化细菌为专性好氧菌，无氧时即停止生命活动，不像分解有机物的细菌那样，大多数为兼性菌。其次，硝化细菌的摄氧速率较分解有机物的细菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化细菌将“争夺”不到所需要的氧。另外，绝大多数硝化细菌包埋在污泥絮体内，只有保持混合液中较高的溶解氧浓度，才能将溶解“挤入”絮体内，便于硝化菌摄取。一般情况下，将每克NH3-N转化成NO3—-N约需氧4.57g，对于典型的城市污水，生物硝化系统的实际供氧量一般较传统活性污泥工艺高50%以上，具体取决于进水中的TKN浓度。四、硝化速率生物硝化系统一个专门的工艺参数是硝化速率，系指单位重量的活性污泥每天转化的氨氮量，一般用NR表示，单位一般为gNH3-N/(gMLVSS·d)。NR值的大小取决于活性污泥中硝化细菌所占的比例，温度等很多因素，典型值为0.02gNH3-N/(gMLVSS·d)，即每克活性污泥每天大约能将0.02gNH3-N转化成NO3—-N。五、BOD5/TKN对硝化的影响TKN系指水中有机氮与氨氮之和。入流污水中BOD5与TKN之比是影响硝化效果的一个重要因素。BOD5/TKN越大，活性污泥中硝化细菌所占的比例越小，硝化速率NR也就越小，在同样运行条件下硝化效率就越低；反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。典型城市污水的BOD5/TKN大约为5－6，此时活性污泥中硝化细菌的比例约为5％；如果污水的BOD5/TKN增至9，则硝化菌比例将降至3%；如果BOD5/TKN减至3，则硝化细菌的比例可高达9%。其次，BOD5/TKN变小时，由于硝化细菌比例增大，部分会脱离污泥絮体而处于游离状态，在二沉池内不易沉淀，导致出水混浊。综上所述，BOD5/TKN太小时，虽硝化效率提高，但出水清澈度下降；而BOD5/TKN太大时，虽清澈度提高，但硝化效率下降。因而，对某一生物硝化系统来说，存在一个最佳BOD5/TKN值。很多处理厂的运行实践发现，BOD5/TKN值最佳范围为2~3。六、pH和碱度对硝化的影响硝化细菌对pH反应很敏感，在PH为8~9的范围内，其生物活性最强，当PH＜6.0或＞9.6时，硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。在生物硝化系统中，应尽量控制混合液的pH大于7.0，当pH＜7.0时，硝化速率将明显下降。当pH＜6.5时，则必须向污水中加碱。混合液pH下降的原因可能有两个，一是进水中有强酸排入，导致入流污水pH降低，因而混合液的pH也随之降低。如果无强酸排入，正常的城市污水应该是偏碱性的，即pH一般都大于7.0，此时混合液的pH则主要取决于入流污水中碱度的大小。由硝化反应方程(1-1)可看出，随着NH3-N被转化成NO3—-N，会产生出部分矿化酸度H＋，这部分酸度将消耗部分碱度，每克NH3-N转化为NO—3-N约消耗7.14g碱度(以CaCO3计)。因而当污水中的碱度不足而TKN负荷又较高时，便会耗尽污水中的碱度，使混合液pH降低至7.0以下，使硝化速率降低或受到抑制。七、有毒物质对硝化的影响某些重金属离子、络合阴离子、氰化物以及一些有机物质会干扰或破坏硝化细菌的正常生理活动。当这些物质在污水中的浓度较高，便会抑制生物硝化的正常运行。例如，当铅离子大于0.5mg/L、酚大于5.6mg/L、硫脲大于0.076mg/L时，硝化均会受到抑制。有趣的是，当NH3-N浓度大于200mg/L时，也会对硝化过程产生抑制，但城市污水中一般不会有如此高的NH3-N浓度。八、温度对硝化的影响硝化细菌对温度的变化也很敏感。在5~35℃的范围内，硝化细菌能进行正常的生理代谢活动，并随温度的升高，生物活性增大。在30℃左右，其生物活性增至最大，而在低于5℃时，其生理活动会完全停止。在生物硝化系统的运行管理中，当污水温度在16℃之上时，采用8~10d的泥龄即可；但当温度低于10℃时，应将泥龄SRT增至12~20d。九、影响硝化细菌生长和硝化效率的化学物质1、无机氮类化合物①主要是游离氨（FA）：游离氨的抑制作用对2类硝化细菌是不同的,对亚硝酸菌，FA的抑制质量度范围是10一150mg/L,而对硝酸菌,这个范围仅仅为0.1一1.0mg/L。②游离态的亚硝酸：在水中亚硝酸根以游离态和离子态两种形式存在。游离态的亚硝酸是硝化细菌的主要基质，同时也是亚硝酸盐氧化菌的抑制剂。游离态的亚硝酸对氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌的生长、繁殖均具有一定的毒性，游离态的亚硝酸对亚硝酸细菌的抑制浓度为0.06mgN/L，对硝酸细菌也有抑制作用，抑制浓度为2.8mgN/L。相对于亚硝化细菌，硝化细菌有更强的适应性。2、消毒剂：①氯酸盐：开始抑制浓度（以氯酸钾为例）约为0.001一0.01mmol/L（约为0.1225-1.225mg/L）；完全抑制浓度以ClO3-浓度计为1一10mmol/L时,硝化菌被完全抑制。②亚氯酸盐：亚氯酸盐浓度为3mmol/L时,硝酸菌能完全被抑制。3、（重）金属类当水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金属污染过高时，硝化作用会受到抑制，其原因可能是重金属对硝化过程中的酶活性产生影响，从而影响硝化细菌的转录等正常的生理过程，导致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。有学者Hg主要表现为抑制生物大分子如蛋白质和核酸的合成,致突变效应,停止细胞分裂,抑制生物氧化及运动性。Pb可造成细胞膜损伤,破坏营养物质的运输。Cd致突变效应,导致DNA链断裂。高浓度Mn干扰细胞对Mg（Ⅱ）的运输。铜离子螯合巯基，干扰细胞蛋白质或酶的结合；六价铬通过细胞膜的硫酸盐通道进入细胞，细胞质内六价铬还原成三价铬时产生的氧化应激，造成蛋白质和DNA损伤。部分重金属对硝化的抑制作用效果大致如下：EC50：半数效应浓度，引起受试对象50%个体产生一种特定效应的药物剂量。IC50:半数抑制浓度，一种药物能将细胞生长、病毒复制等抑制50%所需的浓度。4、苯酚苯酚对硝化有抑制作用,该抑制属非竞争性抑制,是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存时产生叠加抑制效应。多位学者研究均表明，苯酚对硝化反应的半数抑制率，即IC50约为20mg/L。5、硝化抑制剂在农业上，通常会在氮肥中施加硝化抑制剂，以抑制肥料中的氮元素硝化损失肥效，这些硝化抑制剂对硝化过程均有明显的抑制作用，主要有：ATC（4-氨基-1,2,4-三唑）、叠氮化钾、2-氯-6-（三氯甲基）吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、双氰胺、硫脲-N-2，5-二氯苯丁二酰胺、4-氨基-1，2，3-三唑盐酸盐、脒基硫脲等。这些物质一般属于含硫化合物、N杂环化合物、双氰胺类化合物。这些物质由于其本身特殊的化学结构，在硝化过程中影响氨单加氧酶(AMO)的氧化过程，从而会对硝化过程产生影响。在农业上一般使用这些硝化抑制剂时，投加量约为总氮量的0.1%—1%，就可以对硝化过程产生明显的抑制作用。十、硝化反应异常问题的分析与排除现象一：硝化系统混合液的pH降低，硝化效率下降，出水NH3-N浓度升高。其原因及解决对策如下：①碱度不足。检查二沉池出水中的碱度，如果小于20mg/L，则可判定系碱度不足所致，应进行碱度核算，确定投碱量。②入流污水中的酸性废水排放。检查入流污水的pH，如果太低，可说明有酸性废水排入，可采取石灰中和处理等临时措施，并同时加强上游污染源管理。现象二：混合液pH值正常，但硝化效率下降，出水NH3-N浓度升高。其原因及解决对策如下：①供氧不足。检查混合液的DO值是否小于2mg/L，如果DO太低，可增加曝气量。②温度太低。检查入流污水或混合液的温度是否明显降低，影响了硝化效果。解决对策可以有增加投运曝气池数量或提高混合液浓度MLVSS。③入流TKN负荷太高。检查入流污水中的TKN浓度是否升高。如果升高，则应增加投运曝气池数量或者提高曝气池的MLVSS，并同时增大曝气量。④硝化菌数量不足。首先检查是否排泥过量，如果排泥量太大，则减少排泥量；其次检查是否由于某种原因导致二沉池飘泥，造成污泥流失，并采取控制对策。如果非以上两个原因，则检查是否入流污水的BOD5/TKN太大，使MLVSS中硝化菌比例降低。可以增大初沉池停留时间，降低BOD5/TKN值。现象三：活性污泥沉降速度太慢。其原因及解决对策如下：①污泥中毒。检查活性污泥的耗氧速率SOUR及硝化速率NR是否降低。如果降低了太多，则确认污泥中毒，应寻找污水中毒物来源，强化上游污染源管理。②污泥膨胀。诊断及控制对策参见1、（4）、2）。现象四：二沉出水混浊并携带针状絮体。其原因及解决对策如下：①二沉出水混浊系由于活性污泥中硝化细菌比例太高所致，可适当提高BOD5/TKN值，但以不影响硝化效果为宜。②由于生物硝化系低负荷或超低负荷工艺，活性污泥沉降速度太快，不能有效地捕集一些游离细小絮体，因此出水中携带针絮是不可避免的。控制针絮的有效措施是增大排泥，降低SRT，但这势必影响硝化效果，使出水NH3-N超标。实际运行中，应首先权衡解决针絮问题重要还是保持高效硝化重要，再采取运行控制措施。6）分析测量与记录除传统活性污泥工艺的检测项目以外，生物硝化系统还应增加以下项目：①TKN：包括进水和出水的TKN值。应做混合样，每天至少1次。②NO-3-N：主要测二沉池出水的NO-3-N，应做混合样，每天至少1次。③pH：每天数次测定混合液出流pH，并根据工艺控制需要随时检测。④碱度：包括入流污水的总碱度和二沉出水的总碱度，做混合样，每天至少1次。⑤NR：定期测混合液的硝化速率NR。每周1次，或根据工艺调控需要，随时测量。